7η Εργαστηριακή Άσκηση Υπεραγώγιμα Υλικά

Transcript

1 7η Εργαστηριακή Άσκηση Υπεραγώγιμα Υλικά Θεωρητικό μέρος Η μεταβολή της αντίστασης των περισσοτέρων μετάλλων με τη θερμοκρασία γίνεται ομαλά, συγκεκριμένα αυξάνει με την αύξηση της θερμοκρασίας λόγω των φωνονικών σκεδάσεων του μεταλλικού πλέγματος. Υπάρχει όμως μια κατηγορία σωμάτων, που η ηλεκτρική τους αντίσταση πρακτικά μηδενίζεται απότομα, κάτω από μια κρίσιμη θερμοκρασία Τκ. Δηλαδή στις συνθήκες αυτές η αντίσταση γίνεται τόσο μικρή, ώστε να μην είναι μετρήσιμη με τις γνωστές μεθόδους. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται υπεραγωγιμότητα και μπορεί θεωρητικά να αποδοθεί στη μετακίνηση ηλεκτρονίων ανά ζεύγη, τα οποία συνεργάζονται και υπερνικούν τα εμπόδια που προβάλλει στην πορεία τους, η παρουσία των ατόμων του σώματος. Τα κυριότερα υπεραγώγιμα υλικά αποτελούνται συνήθως από διαφορετικής σύστασης ενώσεις μετάλλων (π.χ. Nb 3 Al 0.8 Ge 0.2 ). Το πλήθος των μικροπαραλλαγών στη σύσταση των σωμάτων αυτών φανερώνει την επίμονη ερευνητική αναζήτηση που πραγματοποιείται παγκόσμια στον τομέα των υπεραγωγών, ώστε τα υλικά να διατηρούν την ιδιότητά τους αυτή σε υψηλές θερμοκρασίες, ει δυνατόν και σε θερμοκρασία περιβάλλλοντος. Για την εφαρμογή τους ως υπεραγωγοί, τα υλικά αυτά είναι αναγκαίο να χρησιμοποιηθεί κατάλληλο ψυκτικό μέσο. Συνήθως, για το λόγο αυτό χρησιμοποιείται υγρό άζωτο, υγρό ήλιο ή υγρό υδρογόνο. Σημαντική επιτυχία ακόμα είναι η παρασκευή υπεραγώγιμων μεταλλικών γυαλιών, δηλαδή άμορφων κραμάτων, αν και αποκτούν υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν. Δίνεται έτσι η δυνατότητα ενδεχόμενης μελλοντικής χρησιμοποίησης υπεραγώγιμων διατάξεων στους πυρηνικούς αντιδραστήρες, αφού οι πυρηνικές ακτινοβολίες, που δημιουργούν αταξίες και μειώνουν την αγωγιμότητα των κρυσταλλικών μετάλλων, δεν μπορούν να προκαλέσουν αντίστοιχες βλάβες στην ήδη άτακτη δομή των άμορφων σωμάτων. Η υπεραγώγιμη κατάσταση εξαφανίζεται και τα υλικά παρουσιάζουν πάλι κανονική ηλεκτρική αντίσταση, όταν θερμανθούν πάνω από τη θερμοκρασία Τκ (ή Τ C ) ή όταν επιβληθεί ένα μαγνητικό πεδίο με ένταση ανώτερη από μια κρίσιμη τιμή Ηκ. Η εξάρτηση της Ηκ από τη θερμοκρασία Τ δίνεται από τη σχέση: Ηκ = Ηο (1 (Τ 2 /Τκ 2 )) (1) όπου Ηο η θεωρητική κρίσιμη ένταση του μαγνητικού πεδίου, που αντιστοιχεί στη θερμοκρασία 0Κ. Σκληροί ονομάζονται οι υπεραγωγοί με σχετικά μεγάλο Ηο και για αυτό είναι κατάλληλοι για την κατασκευή ισχυρών μαγνητών (π.χ. Nb 3 Sn με Ηο = 22 tesla σκληρός υπεραγωγός, Pb με Ηο = tesla μαλακός υπεραγωγός). Το 1933 οι W. Hans Meissner και R. Ochsenfeld μελέτησαν τις μαγνητικές ιδιότητες των υπεραγωγών και παρατήρησαν ότι, όταν ένα υλικό με υπεραγώγιμη ιδιότητα που βρίσκεται υπό την επίδραση μαγνητικού πεδίου ψυχθεί σε θερμοκρασία μικρότερη της Τ C, τότε αποβάλλεται από το εσωτερικό του όλη η μαγνητική ροή (εικόνα 1).

2 Το υλικό δηλαδή έχει τέλειες διαμαγνητικές ιδιότητες έως όμως μίας ορισμένης ισχύος του μαγνητικού πεδίου, πέραν της οποίας χάνεται η υπεραγωγιμότητα. Εικ.1: Αποκλεισμός των μαγνητικών γραμμών από το εσωτερικό υπεραγωγού (Φαινόμενο Meissner) Στην εικόνα 2 φαίνεται ένας μικρός μόνιμος μαγνήτης ο οποίος αιωρείται πάνω από έναν υπεραγωγό Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-δ, ο οποίος έχει ψυχθεί σε θερμοκρασίες υγρού αζώτου. Όπως θα δούμε παρακάτω, το φαινόμενο αυτό παρατηρείται στους υπεραγωγούς τύπου Ι, καθώς μετέπειτα ανακαλύφθηκαν και οι υπεραγωγοί τύπου ΙΙ, όπου τα φαινόμενα διαφέρουν. Εικ. 2: Αιώρηση μόνιμου μαγνήτη πάνω από υπεραγωγό λόγω του φαινομένου Meissner Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα μαγνητικά πεδία αποβάλλονται από το εσωτερικό των υπεραγωγών τύπου Ι και το υλικό είναι τέλεια διαμαγνητικό. Αυτό συμβαίνει με τη δημιουργία επιφανειακών ρευμάτων, τα οποία δημιουργούν τέτοιο μαγνητικό πεδίο το οποίο αντιτίθεται και εκμηδενίζει το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο και το εμποδίζει να εισέλθει στο εσωτερικό. Στην πραγματικότητα όμως, τα ρεύματα αυτά δεν δημιουργούνται μόνο στην επιφάνεια, αλλά διεισδύουν λίγο μέσα στο κύριο σώμα του υπεραγωγού, σε ένα πάχος στρώματος της τάξης μεγέθους των nm στο οποίο το εξωτερικά επιβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, ελαττώνεται εκθετικά σύμφωνα με τη σχέση: x λ B( x) B e (2) = 0

3 Εικ. 3: Η μαγνήτιση του υπεραγωγού στην επιφάνειά του όπου Β 0 είναι η τιμή του μαγνητικού πεδίου στην επιφάνεια του υπεραγωγού το οποίο είναι παράλληλο προς αυτήν, x είναι η απόσταση από την επιφάνεια κάποιου σημείου του εσωτερικού του αγωγού και λ είναι μ ία παράμετρος η οποία ονομάζετα ι βάθος διείσδυσης. Στην εικόνα 3 βλέπουμε τη μεταβολή του μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό ενός υπεραγωγού τύπου Ι, πολύ μεγάλου πάχους εν συγκρίσει με το πάχος του βάθους διείσδυσης, συναρτήσει της απόστασης από την επιφάνεια. Στο σχήμα αυτό ο υπεραγωγός καλύπτει όλη την περιοχή του θετικού άξονα x και όπως φαίνεται, το μαγνητικό πεδίο ελαττώνεται πάρα πολύ σε απόσταση μερικών λ. η εξάρτηση του βάθους διείσδυσης από την θερμοκρασία περιγράφεται από την εμπειρική σχέση: T λ(τ)=λ 0 [1-( ) 2 ] -1/2 (3) T C όπου λ 0 είναι το βάθος διείσδυσης σε Τ=0 Κ. Συνεπάγεται από τη σχέση ότι, καθώς η θερμοκρασία πλησιάζει την κρίσιμη τιμή της, το λ τείνει στο άπειρο. Με άλλα λόγια, καθώς η θερμοκρασία πλησιάζει την Τ C και ενώ το δείγμα παραμένει υπεραγώγιμο, το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο διεισδύει όλο και βαθύτερα μέσα στον υπεραγωγό. Τελικά, το μαγνητικό πεδίο καταλαμβάνει όλο τον υπεραγωγό (το λ γίνεται άπειρο) και το υλικό επανέρχεται στην κανονική του κατάσταση. Η καλύτερη ίσως θεωρία για την εξήγηση της υπεραγωγιμότητας διατύπωσαν το 1957 οι John Bardeen, Leon N. Cooper και J. Robert Schrieffer, γνωστή ως BCS. Αυτή περιγράφεται συνοπτικά παρακάτω. Είναι γνωστό ότι μέρος της ηλεκτρικής αντίστασης των υλικών στην κανονική τους κατάσταση, οφείλεται στις κρούσεις που λαμβάνουν μέρος ανάμεσα στα ελεύθερα ηλεκτρόνια και στα παλλόμενα ιόντα που έχουν μετακινηθεί από τις θέσεις του πλέγματος, λόγω της θερμότητας. Παράλληλα τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με τις διάφορες προσμίξεις που έχει το υλικό, κάτι το οποίο επίσης αυξάνει την Εικ 4: Η τοπική χωρική παραμόρφωση του πλέγματος κατά την διέλευση ηλεκτρονίου στην υπεραγώγιμη φάση

4 αντίσταση που προβάλλει το υλικό στην κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα σε αυτό. Με την ανακάλυψη του φαινομένου της υπεραγωγιμότητας, η επιστημονική κοινότητα αντιλήφθηκε ότι το προαναφερθέν σχετικά απλοϊκό μοντέλο της ηλεκτρικής αγωγιμότητας δεν επαρκούσε ώστε να ερμηνεύσει το φαινόμενο. Δηλαδή, παρόλο που στις χαμηλές θερμοκρασίες που λαμβάνει χώρα η υπεραγωγιμότητα, το πλάτος της παλμικής κίνησης του πλέγματος έχει μειωθεί δραματικά, ωστόσο, δεν εξηγείται η απότομη μετάβαση στην κατάσταση υπεραγωγιμότητας, ενώ παράλληλα τα ηλεκτρόνια πάντοτε θα υφίστανται ορισμένες κρούσεις κατά την κίνησή τους, οπότε η πλήρης εξαφάνιση της ηλεκτρικής αντίστασης παρέμενε ανεξήγητη. Η δημοσίευση το 1957 της θεωρίας BCS ήταν λίαν επιτυχής στην ερμηνεία των διαφόρων ιδιοτήτων της υπεραγωγιμότητας και στα μοναδικά φαινόμενα που συμβαίνουν. Η κεντρική ιδέα της θεωρίας αυτής είναι ο σχηματισμός δέσμιων καταστάσεων μεταξύ ζευγών ηλεκτρονίων, γνωστά ως ζεύγη Cooper, υπό την έμμεση επίδραση μιας έλξης. Η έμμεση επίδραση μίας έλξης λέγεται διότι όπως είναι γνωστό, τα ομώνυμα ηλεκτρικά φορτία απωθούνται. Όμως, με έναν συγκεκριμένο μηχανισμό που συστήνει η θεωρία BCS και που θα αναπτυχθεί παρακάτω, θα δούμε πως το τελικό αποτέλεσμα είναι να αναπτύσσεται μία έλξη μεταξύ τους της οποίας ενδιάμεσος φορέας είναι το πλέγμα του υλικού. Για να πάρουμε τα πράγματα από την αρχή, σε θερμοκρασία δωματίου, το κρυσταλλικό πλέγμα του υλικού δεν είναι ακίνητο αλλά, λόγω απορρόφησης της θερμικής ενέργειας, πάλλεται γύρω από τη θέση ισορροπίας του με ένα πλάτος x 0 και μία συχνότητα ω 0. Όταν η θερμοκρασία μειώνεται, η συχνότητα ταλάντωσης παραμένει η ίδια, αλλά το πλάτος ή αλλιώς η απόσταση στην οποία φθάνει το ιόν από τη θέση ισορροπίας μειώνεται και σε θερμοκρασίες της τάξης των μερικών Kelvin Εικ.5: Έμμεση αξονική ελκτική δύναμη στο δεύτερο ηλεκτρόνιο λόγω της παραμόρφωσης του πλέγματος που προκύπτει λόγω της κίνησης του πρώτου όπου έχουμε το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας, η ταλάντωση του πλέγματος είναι σχεδόν μηδαμινή. Έτσι, κατεβαίνοντας τον άξονα της θερμοκρασίας, έχουμε σιγά σιγά τον σχηματισμό αγώγιμων οδών μέσα στον μονοκρύσταλλο του υλικού όπου το πλέγμα δεν παρεμβάλλεται και οι σκεδάσεις των ηλεκτρονίων κατά την κίνησή τους στις διευθύνσεις αυτές είναι θεωρητικά μηδαμινές. Θα έλεγε κάποιος ότι αυτό είναι αρκετό για την εξήγηση της μηδενικής αντίστασης της υπεραγωγιμότητας, παρόλα

5 αυτά όμως θα παρέμενε αναπάντητη η απότομη μετάβαση στην κατάσταση αυτή, καθώς δεν είναι γραμμική όπως προβλέπει ο νόμος του Ohm, ενώ παραμένουν ανεξήγητα τα παραμένοντα υπεραγώγιμα ρεύματα και το φαινόμενο Meissner. Όταν λοιπόν ένα ηλεκτρόνιο κινηθεί στην διεύθυνση των υπεραγώγιμων αυτών οδών που σχηματίζονται ενδιάμεσα στο κρυσταλλικό πλέγμα του υλικού όπως φαίνεται στην εικόνα 4, τότε λόγω αμοιβαίας έλξης του ηλεκτρονίου με τα εκατέρωθέν του ιόντα του πλέγματος, τα αναγκάζει στην στιγμιαία εγκατάλειψη των θέσεων ισορροπίας τους και στη σύγκλιση τους προς τη μεριά του ηλεκτρονίου. Το αποτέλεσμα είναι ότι στην παραμορφωμένη περιοχή του πλέγματος δημιουργείται εντελώς τοπικά μία περίσσεια θετικού φορτίου. Έτσι, όταν ένα άλλο ηλεκτρόνιο, το οποίο τυγχάνει να βρίσκεται στην ίδια υπεραγώγιμη οδό, πλησιάσει σε ικανοποιητική απόσταση προτού προλάβουν και επανέλθουν τα ιόντα του πλέγματος στις αρχικές θέσεις ισορροπίας τους, τότε έλκεται από την περίσσεια ηλεκτρικού φορτίου που υπάρχει εκεί. Δημιουργείται δηλαδή μία καθυστερημένη ελκτική δύναμη ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόνια η οποία δρα μέσω των θετικών ιόντων του πλέγματος και ωθεί στιγμιαία το δεύτερο ηλεκτρόνιο προς τη διεύθυνση του πρώτου (εικόνα 5). Ένας αξιοσημείωτος παραλληλισμός ο οποίος έχει γίνει για να εκλαϊκεύσει και κάνει έτσι πιο κατανοητό το φαινόμενο των ζευγών Cooper είναι με τα δύο αυτοκίνητα που τρέχουν στην εθνική. Δηλαδή όπως όταν ένα αυτοκίνητο, το Εικ.6:Ανάλυση των δυνάμεων που λαμβάνουν χώρα σε ένα ζεύγος Cooper: f,f ελκτικές δυνάμεις ηλεκτρονίου με πυρήνα, F απωστική δύναμη ηλεκτρονίου με ηλεκτρόνιο. οποίο τρέχει στην εθνική και ακολουθεί σε κοντινή απόσταση ένα προπορευόμενό του, μπορεί και διατηρεί την ταχύτητά του με κατά πολύ μικρότερη παροχή καυσίμου εν σχέση με το πρώτο λόγω της μειωμένης αντίστασης του αέρα και της υποπίεσης που δημιουργείται πίσω από αυτό, έτσι και το δεύτερο μέλος του ζεύγους Cooper εκμεταλλεύεται την ενεργειακή κατάσταση που διαμορφώνει το πρώτο και κινείται στην πορεία αυτού χωρίς την ανάγκη πεδίου, άρα ενέργειας, που να το προσανατολίζει ή/και να το επιταχύνει. Το πρώτο μέλος του ζεύγους Cooper ακολουθεί την πορεία που αναφέρθηκε, καθώς κατά την διεύθυνση αυτή δεν συναντά αντίσταση λόγω της μορφολογίας του πλέγματος. Όπως είναι κατανοητό, η κρυσταλλική μορφή του πλέγματος, η διάταξη των ιόντων στο χώρο δηλαδή, παίζει καταλυτικό και μείζονος σημασίας ρόλο στην ικανότητα ενός υλικού να μεταβεί σε υπεραγώγιμη κατάσταση. Ο σχηματισμός δηλαδή υπεραγώγιμων οδών κατά τις οποίες οι σκεδάσεις των ηλεκτρονίων είναι μηδαμινές, δεν είναι δυνατός σε όλα τα υλικά. Όταν λοιπόν το ηλεκτρόνιο έλκει προς τα μέσα τα εκατέρωθέν του ιόντα, η συνισταμένη των δυνάμεων που δρουν σ αυτό, είναι μηδέν (εικόνα 6).

6 Στη συνέχεια, στο δεύτερο ηλεκτρόνιο ασκούνται οι ελκτικές δυνάμεις από τα θετικά ιόντα που έχουν μετακινηθεί από τις θέσεις ισορροπίας τους προς τα μέσα, των οποίων η συνισταμένη είναι κατά τη διεύθυνση κίνησης του πρώτου ηλεκτρονίου. Επίσης, ασκείται η απωθητική δύναμη του προπορευόμενου ηλεκτρονίου λόγω ομωνύμου φορτίου κατά Coulomb, η οποία έχει φορά αντίθετη της κίνησης όπως φαίνεται στην εικόνα 6, αλλά είναι ασθενέστερη των ελκτικών. Έτσι, το δεύτερο ηλεκτρόνιο ακολουθεί ισορροπώντας σε μία πολύ συγκεκριμένη απόσταση το πρώτο, η οποία απόσταση λέγεται μήκος συνάφειας ξ. Επειδή η ταλάντωση του πλέγματος λόγω του πρώτου ηλεκτρονίου είναι κβαντισμένη και άρα έχουμε φωτόνια, ο μηχανισμός που περιγράφηκε ονομάζεται και μηχανισμός οφειλόμενος σε φωτόνια. Είναι σημαντικό στο σημείο αυτό να κατανοηθεί ότι η ροή ενός υπεραγώγιμου ρεύματος σε έναν υπεραγωγό δεν αποτελείται από ένα ζεύγος Cooper, αλλά από συρμούς ηλεκτρονίων, όπου το κάθε ηλεκτρόνιο αποτελεί το δεύτερο μέλος του ζεύγους με το προηγηθέν του και παράλληλα του πρώτο μέλος με το επόμενο. Το κάθε ηλεκτρόνιο δηλαδή συμμετέχει ταυτόχρονα σε δύο ζεύγη Cooper. Έτσι δημιουργούνται σειρές ηλεκτρονίων που ταξιδεύουν μέσα στο πλέγμα του υλικού από υπεραγώγιμες οδούς. Το ζεύγος Cooper αποτελείται από δύο ηλεκτρόνια με αντίθετες ορμές, ίσα μέτρα και αντίθετα σπιν (εικόνα 7). Επομένως, στην υπεραγώγιμη κατάσταση αλλά με απουσία υπερρευμάτων, το ζεύγος Cooper αποτελεί ένα σύστημα με μηδενική ολική ορμή και μηδενικό σπιν. Αφού λοιπόν τα ζεύγη Cooper έχουν μηδενικό σπιν, είναι μποζόνια και, επομένως, όλα τους μπορούν να βρίσκονται στην ίδια κατάσταση, ενώ, αντίθετα τα μεμονωμένα ηλεκτρόνια είναι φερμιόνια, με σπιν ½ και πρέπει να ικανοποιούν την απαγορευτική αρχή του Pauli, η οποία επιτρέπει ένα μόνο ηλεκτρόνιο σε μία συγκεκριμένη κατάσταση και συγκεκριμένο σπιν. Στη θεωρία BCS η θεμελιώδης κατάσταση αποτελείται από όλα τα δέσμια ζεύγη ηλεκτρονίων. Στη πράξη δηλαδή, όλα τα ζεύγη Cooper βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση μηδενικής ορμής. Οι κυματοσυναρτήσεις των ζευγών Cooper έχουν σφαιρική συμμετρία, διότι έχουν μηδενικό σπιν και επομένως μηδενική στροφορμή. Αφού τα ηλεκτρόνια αποτελούν δέσμια κατάσταση, οι τροχιές τους μεταβάλλονται συνεχώς έτσι ώστε η απόσταση μεταξύ τους να είναι ίση περίπου με ένα μήκος συνάφειας. Η θεωρία BCS είχε ιδιαίτερη επιτυχία στην ερμηνεία των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων των υπεραγωγών, όπως είναι η μηδενική αντίσταση και η αποβολή της μαγνητικής ροής. Από καθαρά ποιοτική άποψη, μπορεί κανείς να πει ότι για Εικ. 7: Το ζεύγος Cooper αποτελείται από ηλεκτρόνια με αντίθετο σπιν μεταξύ τους ελαττωθεί η ορμή ενός οπουδήποτε ζεύγους Cooper, λόγου χάρη με σκέδασή του, πρέπει ταυτόχρονα να ελαττωθεί η ορμή όλων των ζευγών Cooper. Δεν είναι δυνατόν, βάση της θεωρίας, να μεταβληθεί η ταχύτητα ενός ζεύγους Cooper μόνον,

7 χωρίς ταυτόχρονα να μεταβληθεί ισόποσα και η ταχύτητα όλων των υπολοίπων ζευγών που ακολουθούν. Πολλοί συγγραφείς περιγράφουν αυτή τη συλλογική κατάσταση με τον όρο κολεκτιβιστική κατάσταση. Ένας παραλληλισμός που έγινε παρομοίαζε τα ηλεκτρόνια των ζευγών με τους ορειβάτες που είναι δεμένοι μεταξύ τους. Εάν ένας από αυτούς ξεστρατίσει εξαιτίας των ανωμαλιών του μονοπατιού, που στην περίπτωσή μας οφείλονται στις θερμικές ταλαντώσεις των ατόμων του πλέγματος, οι υπόλοιποι ορειβάτες θα τον επαναφέρουν στην τάξη. Έτσι οι διάφορες ανωμαλίες του πλέγματος και οι ταλαντώσεις του δεν επηρεάζουν τα ζεύγη Cooper. Σε απουσία ηλεκτρικής αντιστάσεως, το ρεύμα διατηρείται στο διηνεκές. Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι στις ταλαντώσεις του πλέγματος οφείλεται κατά ένα μέρος αφ ενός η ηλεκτρική αντίσταση των κανονικών μετάλλων και, αφ ετέρου, η υπεραγωγιμότητα. Έτσι, μέταλλα όπως τα Cu, Ag και Au που έχουν μικρές ταλαντώσεις πλέγματος σε θερμοκρασία δωματίου και είναι καλοί αγωγοί, δεν είναι υπεραγωγοί. Αντιθέτως, τα Pb, Sn και Hg, αλλά και άλλοι μέτριοι αγωγοί που έχουν μεγάλες ταλαντώσεις πλέγματος σε θερμοκρασία δωματίου, είναι υπεραγωγοί σε χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτό οφείλεται στο ότι οι δεσμοί μεταξύ των ιόντων του υλικού πρέπει να έχουν την ανοχή και ελαστικότητα σε παραμορφώσεις, διότι αλλιώς δεν υπάρχουν οι προϋποθέσεις δημιουργίας της δυναμικής αυτής κατάστασης των ζευγών Cooper. Υπεραγωγοί τύπου ΙΙ: Οι τύπου ΙΙ υπεραγωγοί ανακαλύφθηκαν την δεκαετία του 1950 και διέφεραν αρκετά από τους κλασικούς υπεραγωγούς που ήταν γνωστοί μέχρι τότε. Η βασικότερή τους διαφορά έγκειται στην ύπαρξη μίας μικτής κατάστασης που αποτελείται από τη ταυτόχρονη συνεύρεση υπεραγώγιμης και κανονικής φάσης μέσα στο σώμα του υλικού. Χαρακτηριστικό των υπεραγωγών αυτών είναι ότι έχουν δύο κρίσιμες τιμές του εξωτερικά επιβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε έναν υπεραγωγό τύπου ΙΙ και τον έχουμε ψύξει πέραν της κρίσιμης θερμοκρασίας του T C. Ο υπεραγωγός αυτός έχει δύο κρίσιμες τιμές εξωτερικά επιβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου Η C1 και Η C2. Αν τώρα, το μαγνητικό πεδίο είναι μικρότερης έντασης από την τιμή Η C1, τότε τα φαινόμενα που παρατηρούνται είναι όμοια με αυτά των υπεραγωγών τύπου Ι. Δηλαδή, λαμβάνει χώρα το φαινόμενο Meissner όπου το υλικό συμπεριφέρεται ως τέλεια διαμαγνητικό και αποκλείονται όλες οι μαγνητικές γραμμές εκτός του εσωτερικού του υλικού, πέραν μίας επιφανειακής διείσδυσης σε βάθος λ που είναι το βάθος διείσδυσης και χαρακτηριστικό του υλικού όπως αναπτύχθηκε παραπάνω. Στην περίπτωση που η ένταση του εξωτερικά επιβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου υπερβαίνει την άνω κρίσιμη τιμή Η C2 του υλικού, τότε η υπεραγωγιμότητα καταστρέφεται. Η περίπτωση είναι παρόμοια με την καταστροφή της υπεραγωγιμότητας στους υπεραγωγούς τύπου Ι όταν αυξηθεί η ένταση του μαγνητικού πεδίου πέραν της τιμής Η C. Όταν λοιπόν, η ένταση του εξωτερικά επιβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου βρίσκεται μεταξύ της κάτω και της άνω κρίσιμης τιμής, τότε το υλικό βρίσκεται σε μια ενδιάμεση κατάσταση όπου συνυπάρχουν ταυτόχρονα η υπεραγώγιμη και η κανονική φάση μέσα στο σώμα του υλικού και η οποία πολλές φορές περιγράφεται ως κατάσταση στροβίλων ή φλαξονίων. Δεν θα επεκταθούμε όμως περαιτέρω. Σημειώνεται ακόμα, ότι μια παράλληλη αναζήτηση αγώγιμων, καθώς και υπεραγώγιμων υλικών, με επίσης μέτρια έως τώρα αποτελέσματα, γίνεται τα

8 τελευταία χρόνια προς την πλευρά μιας εντελώς διαφορετικής κατηγορίας σωμάτων. Βρέθηκε συγκεκριμένα, ότι ορισμένα ανισότροπα σώματα, όπως το ανόργανο πολυμερές (SN)x και διάφορα πολύπλοκα οργανικά πολυμερή παρουσιάζουν την ικανότητα να επιτρέπουν τη μετακίνηση ηλεκτρονίων κατά ορισμένες κατευθύνσεις του μακρομορίου και να συμπεριφέρονται ως αγωγοί. Μερικά από αυτά γίνονται υπεραγωγοί σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, όπως π.χ. το (SN)x στους 3 Κ. Τα παραπάνω σώματα ονομάζονται μοριακά μέταλλα, λόγω της μοριακής τους δομής, καθώς και μονοδιάστατοι αγωγοί, λόγω της εκδήλωσης μεγάλης αγωγιμότητας κατά μόνο μία κατεύθυνση του κρυστάλλου. Μια πολύ πρόσφατη ανακάλυψη τέλος, που κέρδισε αμέσως για τους εφευρέτες της το βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1987, είναι οι κεραμικοί υπεραγωγοί. Αποτελούνται από μίγματα οξειδίων, π.χ. CuO, BaO και La 2 O 3 και παρουσιάζουν υπεραγωγιμότητα με υψηλή κρίσιμη θερμοκρασία, πάνω από το σημείο βρασμού του υγρού αζώτου και σχεδόν μέχρι τη συνηθισμένη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Είναι πολύ σκληροί υπεραγωγοί, αλλά έχουν το μειονέκτημα ότι, ως ιοντικά σώματα, δε μπορούν να διαμορφωθούν σε σύρματα. Έτσι, παρουσιάζουν σημαντικές δυσκολίες για χρησιμοποίηση σε πρακτικές εφαρμογές.